НАСА съобщава за пробив в технологията на роторите

Малко повече от три години след като хеликоптерът „Ingenuity“ на НАСА приключи своята пионерска мисия на Марс, инженерите от Лабораторията за реактивни двигатели в Калифорния разработват марсиански летателни апарати от ново поколение, които да пренасят по-тежки товари на по-големи разстояния през атмосферата с ниска плътност на планетата.

„Ingenuity“ се превърна в грандиозен успех, като стана първата летателна платформа, изследвала друг свят. Хеликоптерът с две перки извърши 72 полета, надминавайки първоначалната цел на НАСА за 5 полета в рамките на 30 дни, след като бе доставен на Марс от роувъра „Perseverance“. До момента, в който мисията приключи с аварийно кацане през януари 2024 година, „Ingenuity“ беше показал на учените нов начин за изследване на други светове, като използва въздуха, за да изминава по-големи разстояния и да достига места, недостъпни за наземни превозни средства.

НАСА планира да изпрати още три хеликоптера на Марс в рамките на мисията „SkyFall“, която може да стартира още в края на 2028 година. Последният ще пътува към Червената планета на борда на космически кораб с ядрено задвижване, наречен „Space Reactor-1“ или SR-1 – една от инициативите за технологични демонстрации, обявени по-рано тази година от администратора на НАСА Джаред Айзъкман.

Преодоляване на бариерата

Инженерите от JPL и частната компания AeroVironment, същите партньори, които разработиха Ingenuity наскоро постигнаха пробив в лабораторията, с който мисията SkyFall се доближи до реалността. Тестовете включваха новите, по-големи роторни лопатки, които ще пренасят хеликоптерите от следващото поколение през разредената марсианска атмосфера, чиято плътност е едва 1% от плътността на въздуха на морското равнище на Земята.

Поради тази разредена атмосфера хеликоптерите, летящи на Марс трябва да въртят роторите си по-бързо, отколкото на Земята, за да генерират подемна сила, а по-тежките превозни средства се нуждаят от повече подемна сила, отколкото по-леките. Роторите на хеликоптерите SkyFall също ще бъдат по-големи от тези на Ingenuity, който въртеше лопатките си с 2700 обoрота в минута, което вече е 10 пъти по-бързо от пътническите хеликоптери на Земята,.

Последните тестове в JPL изтласкаха роторите над скоростта на звука, без да ги повредят, обяви НАСА в четвъртък. Краищата на ротора достигнаха максимална скорост от 1,08 Мах (1323-1335 км/ч) в тестова камера, симулираща атмосферата на Марс. Инженерите не знаеха със сигурност какво ще се случи с роторите, затова облицоваха част от камерата с ламарина, за да я предпазят от повреди, ако лопатките се счупят по време на свръхзвуковия експеримент, според НАСА.

От контролна зала, намираща се на няколко метра от камерата, екипът наблюдаваше дисплеи, показващи данни и изглед от вътрешността на камерата, докато оборотите се покачваха до 3750. При тази скорост върховете се движеха с Мах 0,98. След това инженерите активираха вентилатор вътре в камерата, който засипваше роторите с насрещен вятър. След всеки цикъл те увеличаваха скоростта на вятъра за следващия цикъл.

При първата серия тестове беше използван 3-лопатков ротор, който би могъл да се използва в мисии след „SkyFall“. При втората серия тестове беше използван действителният 2-лопатков ротор, който ще лети в рамките на „SkyFall“. Тези лопатки са малко по-дълги, поради което достигнаха същата свръхзвукова скорост при по-ниски обороти. По-бързото въртене доведе до 30-процентно увеличение на подема.

Екипът увеличи скоростта на върховете на ротора до 1,08 Мах, като по този начин увеличи подемната способност на марсохода с 30% . Този пробив позволява бъдещите мисии да поддържат по-тежки научни товари, включително усъвършенствани сензори и по-големи батерии за удължен полет.

„Мислехме, че ще имаме късмет, ако достигнем 1,05 Мах, а при последните ни тестове достигнахме 1,08 Мах. Все още анализираме данните и може би има потенциал за още по-голяма тяга. Тези хеликоптери от ново поколение ще бъдат невероятни.“

каза Шана Уитроу-Мазер, аеродинамик от Изследователския център „Еймс“ на НАСА

В същото време, докато инженерите се готвят да изпратят още хеликоптери на Марс, НАСА работи върху по-масивен хеликоптер, наречен Dragonfly, предназначен за Титан, спътника на Сатурн. Dragonfly ще тежи почти тон, но летенето на по-далечния Титан представлява по-малко предизвикателства, отколкото на Марс, защото атмосферата му е по-гъста от тази на Земята.

Единственото оборудване на хеликоптера „Ingenuity“ бяха две камери: черно-бяла камера за навигация и цветна камера с по-висока разделителна способност. Най-дългият му полет през 2022 година беше с дължина по-малко километър и продължи 161 секунди. Апаратът трябваше да кацне и да презареди батериите си чрез слънчеви панели, като използваше намиращия се наблизо роувър „Perseverance“ като базова станция за комуникация с екипите на Земята.

При мисията „SkyFall“ обаче няма да има роувър наблизо. Хеликоптерите ще трябва да комуникират с контролерите на мисията чрез орбитални релейни сателити или директна връзка със Земята. Бъдещите роторни летателни апарати ще използват по-големи батерии, за да позволят по-дълги полети. Учените биха искали да монтират по-сложни инструменти на марсианските хеликоптери, за да търсят неща като лед в марсианската почва. Всичко това ще изисква по-тежки превозни средства.

Преминаването на звуковата бариера без повреда на хардуера ни приближава с една стъпка към пълноценното използване на този нов начин за изследване на планетите.